偏振调制高分辨力立体视觉测量系统与方法技术方案

偏振调制高分辨力立体视觉测量系统与方法属于光学非接触三维测量领域，具体涉及一种利用立体视觉与扫描放大测量系统联用测量大尺度三维物体形貌、形变、位移等的装置和方法；该装置两个及以上偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置组成，每一个偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置包括激光照明模块、视觉摄像模块和扫描放大测量模块；该方法首先将待测物体放置在本装置视场范围及清晰成像范围内；其次，利用扫描放大测量模块通过摄像模块逐点扫描整个物体；利用视觉三维成像原理对采集到的图片进行处理得到高分辨力的物体三维形貌；本发明专利技术可以显著提高大尺度视觉系统的测量分辨力。

Polarization Modulation High Resolution Stereo Vision Measurement System and Method

Polarization modulation high-resolution stereovision measurement system and method belong to the field of optical non-contact three-dimensional measurement, which specifically relates to a device and method for measuring the topography, deformation and displacement of large-scale three-dimensional objects by combining stereovision and scanning magnification measurement system. The device consists of two or more polarization modulation high-resolution stereovision monocular measurement devices, each of which is polarization-modulated. The high-resolution stereo vision monocular measurement device includes laser illumination module, visual camera module and scanning magnification measurement module. Firstly, the object to be measured is placed in the field of view and clear imaging range of the device. Secondly, the whole object is scanned point by point through the scanning magnification measurement module; and the captured image is processed by using the principle of three-dimensional visual imaging. The three-dimensional shape of the object with high resolution can be obtained by processing, and the measurement resolution of the large-scale vision system can be significantly improved by the present invention.

【技术实现步骤摘要】
偏振调制高分辨力立体视觉测量系统与方法
偏振调制高分辨力立体视觉测量系统与方法属于光学非接触三维测量领域。
技术介绍
立体视觉是计算机视觉领域的一个重要课题，它的目的在于重构场景的三维几何信息。立体视觉的研究具有重要的应用价值，其应用包括移动机器人的自主导航系统，航空及遥感测量，工业自动化系统等。目前，立体视觉系统的分辨力相对都不高，最先进的立体视觉系统的分辨力一般为万分之一的视场大小，也就是针对大视场(米级)进行测量时，系统的分辨力为毫米级，但是随着科技的发展，高精度、高分辨力测量越来越受重视，导致目前存在的立体视觉系统无法满足日益提高的分辨力要求。
技术实现思路
本专利技术公开了偏振调制高分辨力立体视觉测量系统与方法，该装置与方法通过引入扫描放大测量模块，使得整个系统的等效焦距得到提升，从而提高了整个系统的分辨力，而且扫描放大测量模块的引入本身可以提高信噪比有利于后续的图像处理(配准、特征点定位等等)，并且场镜的视场一般较大，可完全匹配摄像物镜，因此，不需要附加扫描机构即可实现大视场。本专利技术的目的是这样实现的：偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，包括：多个偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置和三维物体。偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置，包括激光照明模块、视觉摄像模块和扫描放大测量模块；所述的激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器、起偏器、PBS、二维振镜、扫描透镜、场镜1、管镜、1/4玻片、物镜、场镜2和摄影镜头。所述的视觉摄像模块为：摄影镜头、场镜2、物镜、1/4玻片、管镜、场镜1、扫描透镜、二维振镜、PBS、检偏器、聚焦透镜、针孔和PMT探测器。所述的扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器、起偏器、PBS、二维振镜、扫描透镜、场镜1、管镜、1/4玻片、物镜、场镜2、物镜、1/4玻片、管镜、场镜1、扫描透镜、二维振镜、PBS、检偏器、聚焦透镜、针孔和PMT探测器；所述的激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用场镜2、物镜、1/4玻片、管镜、场镜1、扫描透镜、二维振镜、PBS；所述的激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头；所述的激光照明模块、扫描放大测量模块共用激光器、起偏器；所述的视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用检偏器、聚焦透镜、针孔和PMT探测器；所述的激光照明模块中激光器发出激光，准直后形成平行光，经过起偏器和PBS反射后再经过二维振镜和扫描透镜后聚焦于场镜1光心位置处，光束经过管镜后形成平行光后经1/4玻片后被物镜聚焦于场镜2光心位置，再经摄影镜头聚焦于三维被测样品表面形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑照射样品表面的发出反射光；所述三维被测样品表面发出的反射光依次经过摄影镜头、场镜2、物镜、1/4玻片、管镜、场镜1、扫描透镜、二维振镜、PBS和检偏器、聚焦透镜、针孔后被PMT探测器收集。上述的偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，所述偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置中在定焦摄像镜头后加上了一整套扫描放大测量模块用来提高整个系统的等效焦距，提高的倍率取决于所选的扫描放大测量模块，从而提高整个立体视觉系统的分辨力。上述的偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，所述偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置的成像方式为振镜扫描成像，扫描放大测量模块针孔的引入可以提高收集信号的信噪比。上述的偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，所述偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置中场镜1和场镜2的引入可以匹配视场，从而无需额外的运动扫描机构即可实现全摄像物镜视场成像。上述的偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，所述偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置中每一目激光经过起偏器都有不同的偏振方向，同时相应的检偏器对应着同样的起偏方向。有益效果：本专利技术通过引入扫描放大测量模块，使得整个系统的等效焦距得到提升，从而提高了整个系统的分辨力，而且扫描放大测量模块的引入本身可以提高系统的分辨率，并且可以提高信噪比有利于后续的图像处理(配准、特征点定位等等)。同时，由于偏振调制的引入使得多目可以同时成像，且不会造成相互间的串扰。附图说明图1是本专利技术偏振调制高分辨力立体视觉测量装置的单目结构示意图。图1中：1三维被测样品、2摄影镜头、3场镜2、4物镜、51/4玻片、6管镜、7场镜1、8扫描透镜、9二维振镜、10PBS、11激光器、12聚焦透镜、13针孔、14PMT探测器、15起偏器和16检偏器。图2是本专利技术偏振调制高分辨力立体视觉测量系统的结构示意图。图2中：21、22、23均为偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置。具体实施方式根据本专利技术的一具体实施例，提供一种偏振调制高分辨力立体视觉测量装置，用以三维物体高分辨力成像。参见附图1，偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，包括：多个偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置和三维物体。偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置，包括激光照明模块、视觉摄像模块和扫描放大测量模块；所述的激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器、起偏器、PBS、二维振镜、扫描透镜、场镜1、管镜、1/4玻片、物镜、场镜2和摄影镜头。所述的视觉摄像模块为：摄影镜头、场镜2、物镜、1/4玻片、管镜、场镜1、扫描透镜、二维振镜、PBS、检偏器、聚焦透镜、针孔和PMT探测器。所述的扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器、起偏器、PBS、二维振镜、扫描透镜、场镜1、管镜、1/4玻片、物镜、场镜2、物镜、1/4玻片、管镜、场镜1、扫描透镜、二维振镜、PBS、检偏器、聚焦透镜、针孔和PMT探测器；所述的激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用场镜2、物镜、1/4玻片、管镜、场镜1、扫描透镜、二维振镜、PBS；所述的激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头；所述的激光照明模块、扫描放大测量模块共用激光器、起偏器；所述的视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用检偏器、聚焦透镜、针孔和PMT探测器；所述的激光照明模块中激光器发出激光，准直后形成平行光，经过起偏器和PBS反射后再经过二维振镜和扫描透镜后聚焦于场镜1光心位置处，光束经过管镜后形成平行光后经1/4玻片后被物镜聚焦于场镜2光心位置，再经摄影镜头聚焦于三维被测样品表面形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑照射样品表面的发出反射光；所述三维被测样品表面发出的反射光依次经过摄影镜头、场镜2、物镜、1/4玻片、管镜、场镜1、扫描透镜、二维振镜、PBS和检偏器、聚焦透镜、针孔后被PMT探测器收集。上述的偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，所述偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置中在定焦摄像镜头后加上了一整套扫描放大测量模块用来提高整个系统的等效焦距，提高的倍率取决于所选的扫描放大测量模块，从而提高整个立体视觉系统的分辨力。上述的偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，所述偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置的成像方式为振镜扫描成像，扫描放大测量模块针孔的引入可以提高收集信号的信噪比。上述的偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，所述偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置中场镜1和场镜2的引入可以匹配视场，从而无需额外的运动扫描机构即可实现全摄像物镜视场成像。上述的偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，所述偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置中每一目激光经过起偏器都有不同的偏振方向，同时相应的检偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，其特征在于，包括：至少两个偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置和三维物体；偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置包括激光照明模块、视觉摄像模块和扫描放大测量模块；所述的激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器(11)、起偏器(15)、PBS(10)、二维振镜(9)、扫描透镜(8)、场镜1(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、物镜(4)、场镜2(3)和摄影镜头(2)；所述的视觉摄像模块为：摄影镜头(2)、场镜2(3)、物镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜1(7)、扫描透镜(8)、二维振镜(9)、PBS(10)、检偏器(16)、聚焦透镜(12)、针孔(13)和PMT探测器(14)；所述的扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器(11)、起偏器(15)、PBS(10)、二维振镜(9)、扫描透镜(8)、场镜1(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、物镜(4)、场镜2(3)、物镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜1(7)、扫描透镜(8)、二维振镜(9)、PBS(10)、检偏器(16)、聚焦透镜(12)、针孔(13)和PMT探测器(14)；所述的激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用场镜2(3)、物镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜1(7)、扫描透镜(8)、二维振镜(9)、PBS(10)；所述的激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头(2)；所述的激光照明模块、扫描放大测量模块共用起偏器(15)、激光器(11)；所述的视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用检偏器(16)、聚焦透镜(12)、针孔(13)和PMT探测器(14)；所述的激光照明模块中激光器(11)发出激光，准直后形成平行光，经过起偏器(15)和PBS(10)反射后再经过二维振镜(9)和扫描透镜(8)后聚焦于场镜1(7)光心位置处，光束经过管镜(6)后形成平行光后经1/4玻片(5)后被物镜(4)聚焦于场镜2(3)光心位置，再经摄影镜头(2)聚焦于三维被测样品(1)表面形成聚焦光斑，所述的聚焦光斑照射样品表面的发出反射光；所述三维被测样品(1)表面发出的反射光依次经过摄影镜头(2)、场镜2(3)、物镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜1(7)、扫描透镜(8)、二维振镜(9)、PBS(10)和检偏器(16)、聚焦透镜(12)、针孔(13)后被PMT探测器(14)收集。...

【技术特征摘要】
1.偏振调制高分辨力立体视觉测量系统，其特征在于，包括：至少两个偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置和三维物体；偏振调制高分辨力立体视觉单目测量装置包括激光照明模块、视觉摄像模块和扫描放大测量模块；所述的激光照明模块按照照明光传播方向依次为：激光器(11)、起偏器(15)、PBS(10)、二维振镜(9)、扫描透镜(8)、场镜1(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、物镜(4)、场镜2(3)和摄影镜头(2)；所述的视觉摄像模块为：摄影镜头(2)、场镜2(3)、物镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜1(7)、扫描透镜(8)、二维振镜(9)、PBS(10)、检偏器(16)、聚焦透镜(12)、针孔(13)和PMT探测器(14)；所述的扫描放大测量模块按照信号光传播方向依次为：激光器(11)、起偏器(15)、PBS(10)、二维振镜(9)、扫描透镜(8)、场镜1(7)、管镜(6)、1/4玻片(5)、物镜(4)、场镜2(3)、物镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜1(7)、扫描透镜(8)、二维振镜(9)、PBS(10)、检偏器(16)、聚焦透镜(12)、针孔(13)和PMT探测器(14)；所述的激光照明模块、视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用场镜2(3)、物镜(4)、1/4玻片(5)、管镜(6)、场镜1(7)、扫描透镜(8)、二维振镜(9)、PBS(10)；所述的激光照明模块、视觉摄像模块还共用摄影镜头(2)；所述的激光照明模块、扫描放大测量模块共用起偏器(15)、激光器(11)；所述的视觉摄像模块、扫描放大测量模块共用检偏器(16)、聚焦透镜(12)、针孔(13)和PMT探测器(14)；所述的激光照明模块中激光器(11)发出激光，准直后形成平行光，经过起偏器(15)和PBS(10)反射后再经过二维振镜(9)和扫描透镜(8)后聚焦于场镜1(7)光心位置处，光束经过管镜(6)后形成平行光后经1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，李勇，王伟波，刘辰光，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23